RU2490781C1 - Double-balanced frequency converter - Google Patents
Double-balanced frequency converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490781C1 RU2490781C1 RU2012123535/08A RU2012123535A RU2490781C1 RU 2490781 C1 RU2490781 C1 RU 2490781C1 RU 2012123535/08 A RU2012123535/08 A RU 2012123535/08A RU 2012123535 A RU2012123535 A RU 2012123535A RU 2490781 C1 RU2490781 C1 RU 2490781C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- circuit
- phase
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Superheterodyne Receivers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в широкополосных приемных устройствах, входящих в состав аппаратуры радионаблюдения СВЧ.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in broadband receiving devices that are part of microwave radio monitoring equipment.
Современные многоканальные радиоприемные устройства работают в широком диапазоне частот входных сигналов в ряде случаев превышающих несколько октав. Для эффективного подавления «зеркальных» каналов, уменьшения времени анализа радиосигналов и упрощения аппаратуры входной диапазон таких устройств обычно разбивают на несколько поддиапазонов из которых частоты сигналов методом гетеродинирования преобразуют вниз по оси частот в диапазон первых промежуточных частот, который в свою очередь также может быть разбит на поддиапазоны и т.д. [1.2].Modern multichannel radio receivers operate in a wide range of input signal frequencies in some cases exceeding several octaves. To effectively suppress “mirror” channels, reduce the analysis time of radio signals and simplify the equipment, the input range of such devices is usually divided into several subbands of which the signal frequencies are converted by the heterodyning method down along the frequency axis to the range of the first intermediate frequencies, which in turn can also be divided into subbands etc. [1.2].
Известны преобразователи частоты, предназначенные для применения в многоканальных радиоприемных устройствах, работающие в широком диапазоне частот входных сигналов [3]. Электрическая схема такого преобразователя приведена на фиг.1. Преобразователь содержит входную 1, гетеродинную 2 и выходную 3 цепи, а также полупроводниковый диод Д1.Known frequency converters intended for use in multi-channel radio receivers operating in a wide frequency range of input signals [3]. The electrical circuit of such a converter is shown in figure 1. The converter contains
Недостатком таких преобразователей частоты является возможность попадания в полосу выходных (промежуточных) частот комбинационных частот и частот гармонических составляющих входных и гетеродинных сигналов. Это приводит к сужению динамического диапазона приемного устройства и к ограничению ширины выходных диапазонов частот преобразователей. Например, ширина выходных диапазонов частот в многоканальных широкополосных приемных устройствах не может превышать одну октаву из-за возможности попадания в них комбинационных частот кратных второй гармонике входных сигналов.The disadvantage of such frequency converters is the possibility of getting into the output (intermediate) frequency band of the combination frequencies and the frequencies of the harmonic components of the input and heterodyne signals. This leads to a narrowing of the dynamic range of the receiving device and to limiting the width of the output frequency ranges of the converters. For example, the width of the output frequency ranges in multichannel broadband receivers cannot exceed one octave due to the possibility that the combination frequencies multiple of the second harmonic of the input signals get into them.
Известны балансные и двойные балансные преобразователи частоты, осуществляющие в процессе преобразования частот подавление комбинационных составляющих и гармоник. Различные варианты схем таких преобразователей частоты приведены в книге [3]. Электрические схемы наиболее широко используемых преобразователей показаны, соответственно, на фиг.2 и 3. На фиг.2 показана схема балансного преобразователя. Преобразователь содержит входную цепь 1, гетеродинную цепи 2 и выходную цепь (цепь промежуточной частоты) 3, а также полупроводниковые диоды Д1, Д2. На фиг.3 показана схема двойного балансного преобразователя. Преобразователь содержат входную цепь 1, гетеродинную цепи 2 и выходную цепь (цепь промежуточной частоты) 3, а также полупроводниковые диоды Д1, Д2, Д3 и Д4.Known balanced and double balanced frequency converters, performing in the process of frequency conversion suppression of combination components and harmonics. Various options for circuits of such frequency converters are given in the book [3]. The electrical circuits of the most widely used converters are shown, respectively, in FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows a diagram of a balanced converter. The converter contains an
Комбинационные частоты определяются из известного соотношения fk=|mfc±nfг| [3], в котором коэффициенты m и n являются целыми числами натурального ряда чисел: 0, 1, 2, 3, 4 …, fc и fг - частоты сигнала и гетеродина. Коэффициенты m соответствуют гармоникам входных сигналов, а n - гармоникам гетеродинных сигналов. В зависимости от значений коэффициентов тип комбинационные составляющие, соответствующие этим комбинационным частотам, распределяются между входным, выходным и гетеродинным цепями [3].The combination frequencies are determined from the known relation f k = | mfc ± nfg | [3], in which the coefficients m and n are integers of the natural series of numbers: 0, 1, 2, 3, 4 ..., f c and f g are the frequencies of the signal and the local oscillator. Coefficients m correspond to harmonics of input signals, and n - harmonics of heterodyne signals. Depending on the values of the coefficients of the type, the combinational components corresponding to these combinational frequencies are distributed between the input, output and heterodyne circuits [3].
Коэффициенты m и m также определяют порядок комбинационных составляющих, равный сумме абсолютных значений этих коэффициентов. Знание порядка позволяет приближенно оценивать относительные уровни комбинационных составляющих, которые уменьшаются с увеличением порядка комбинационной составляющей. Поэтому при проектировании приемных устройств СВЧ в каждом конкретном случае задается максимально допустимое значение порядков комбинационных составляющих, частоты которых попадают в диапазоны выходных (промежуточных) частот преобразователей. Обычно максимальное значение ограничивается шестым или седьмым порядками.The coefficients m and m also determine the order of the combination components equal to the sum of the absolute values of these coefficients. Knowing the order allows you to approximately evaluate the relative levels of the combination components, which decrease with increasing order of the combination component. Therefore, in the design of microwave receivers in each case, the maximum permissible value of the orders of combinational components is set, the frequencies of which fall into the output (intermediate) frequency ranges of the converters. Typically, the maximum value is limited to sixth or seventh order.
Введем обозначения для четных и нечетных коэффициентов комбинационных частот, соответственно, m”, n”=0, 2, 4, 6 … и m', n'=1, 3, 5 … В двойном балансном преобразователе частоты, схема которого приведена на фиг.3, комбинационные составляющие с частотами |m'fc±n'fг| возбуждают только выходные цепи (цепи промежуточной частоты) 3, комбинационные составляющие с частотами |m'fc±n”fг| возбуждают только сигнальные цепи 1, а комбинационные составляющие с частотами |m”fc±n'fг| возбуждают только гетеродинные цепи 2 [3]. Комбинационные составляющие с частотами |m”fc±n”fг| не возбуждают ни одну из перечисленных выше цепей [3]. Таким образом, комбинационные составляющие не возбуждающие выходные цепи (цепи промежуточной частоты) будут подавлены. В рассмотренном случае это комбинационные составляющие с частотами |m'fc±n”fг|, |m”fc±n'fг| и |m”fc±n”fг|.We introduce the notation for the even and odd Raman frequencies, respectively, m ”, n” = 0, 2, 4, 6 ... and m ', n' = 1, 3, 5 ... In a double balanced frequency converter, the circuit of which is shown in FIG. .3, combinational components with frequencies | m'fc ± n'fg | excite only output circuits (intermediate frequency circuits) 3, combinational components with frequencies | m'fc ± n ”fg | only
Заметим, что в рассматриваемом преобразователе частоты (см. фиг.3) входные (сигнальные) 1, гетеродинные 2 и выходные 3 цепи всегда развязаны друг с другом. Это позволяет изменять назначения этих цепей. Например, можно сделать цепь 2 сигнальной, а цепь 1 гетеродинной или сделать цепь 2 выходной, цепь 1 сигнальной, а цепь 3 гетеродинной. Последний вариант удобен при «преобразовании вверх», когда в качестве основного используется преобразование с частотой выходного сигнала fc+fг.Note that in the considered frequency converter (see Fig. 3), the input (signal) 1,
Двойной балансный преобразователь частоты состоит из двух балансных преобразователей, соединенных друг с другом определенным образом. На фиг.4 изображена схема двойного балансного преобразователя (фиг.3) в виде соединения двух одинаковых схем балансных преобразователей, электрическая схема которых приведена на фиг.2.A double balanced frequency converter consists of two balanced converters connected in a certain way to each other. Figure 4 shows a diagram of a double balanced converter (figure 3) in the form of a connection of two identical circuits of balanced converters, the electrical circuit of which is shown in figure 2.
В СВЧ диапазоне двойные балансные преобразователи частоты могут быть реализованы с помощью полосковых, микрополосковых и щелевых линий передачи (см., например [4]), а также с помощью коаксиальных и волноводных линий передачи (см., например, [5] и [6]). В соответствии со схемой на фиг.4 на фиг.5 приведена структурная схема двойного балансного преобразователя СВЧ, принятого за прототип. В качестве балансных преобразователей в ней использованы ортомодные балансные преобразователи частоты [5], электрическая схема которых показана на фиг.2. Двойной балансный преобразователь частоты содержит входную (сигнальную) цепь 1, гетеродинную цепь 2, и выходную цепь (цепь промежуточной частоты) 3, а также балансные преобразователи 4 и 5. На фиг.5 гетеродинная волноводная цепь 2 показана условно. Между балансным преобразователем 5 и точкой разветвления выходной цепи 3 включена фазовая секция 6 на 180º, необходимая для фазирования сигналов поступающих в цепь 3 и обеспечения развязки между цепями 1-3. Так же как и в схеме на фиг.4, в схеме на фиг.5 входные (сигнальные) 1, гетеродинные 2 и выходные 3 цепи развязаны друг с другом.In the microwave range, double balanced frequency converters can be implemented using strip, microstrip, and slotted transmission lines (see, for example, [4]), as well as using coaxial and waveguide transmission lines (see, for example, [5] and [6 ]). In accordance with the diagram in figure 4, figure 5 shows the structural diagram of a double balanced microwave converter, adopted as a prototype. As balanced converters, it uses orthomodic balanced frequency converters [5], the electrical circuit of which is shown in figure 2. A double balanced frequency converter contains an input (signal)
Недостатком двойного балансного преобразователь частоты - прототипа, структурная схема которого показана на фиг.5, является малая величина подавления комбинационных и гармонических составляющих входных и гетеродинных сигналов в ряде случаев не превышающая 20…30 дБ, что является следствием не идентичности электрических параметров полупроводниковых диодов и геометрических размеров диодных камер. Это приводит к ограничению ширины динамического диапазона и ширины диапазонов выходных частот преобразователей.The disadvantage of a double balanced frequency converter - prototype, the structural diagram of which is shown in figure 5, is the small value of the suppression of the combinational and harmonic components of the input and heterodyne signals in some cases not exceeding 20 ... 30 dB, which is a consequence of the non-identical electrical parameters of semiconductor diodes and geometric sizes of diode cameras. This leads to a limitation of the width of the dynamic range and the width of the ranges of the output frequencies of the converters.
Общие признаки прототипа и изобретения: двойной балансный преобразователь частоты, содержащий два балансных преобразователя частоты 4 и 5, входную 1, гетеродинную 2 и выходную 3 цепи и фазовую секцию 6 на 180º, причем выход одного балансного преобразователя частоты 5 соединен с входом фазовой секцию 6 на 180ºCommon features of the prototype and invention: a double balanced frequency converter containing two
Технической задачей изобретения является увеличение степени подавления комбинационных составляющих в диапазоне выходных частот двойных балансных преобразователей частоты с целью расширение динамического диапазона и диапазона выходных частот и, в конечном счете, уменьшения числа поддиапазонов (каналов) приемного устройства, содержащего эти двойные балансные преобразователи частоты, в заданной полосе частот входных сигналов.An object of the invention is to increase the degree of suppression of the combination components in the output frequency range of double balanced frequency converters in order to expand the dynamic range and range of output frequencies and, ultimately, reduce the number of subbands (channels) of the receiving device containing these double balanced frequency converters in a given frequency band of input signals.
Поставленная задача решается разделением двойного балансного преобразователя частоты на два балансных преобразователя, и введением в него пар сопряженных фазовращателей, включаемых между балансными преобразователями и точками разветвления цепей входных, гетеродинных и выходных сигналов.The problem is solved by dividing the double balanced frequency converter into two balanced converters, and introducing into it pairs of conjugate phase shifters included between the balanced converters and the branch points of the input, heterodyne and output signal circuits.
Дополнительное введение во входные, выходные и гетеродинные цепи известных двойных балансных преобразователей частоты сопряженных пар фазовращателей позволяет с помощью этих фазовращателей скомпенсировать отличие разности фаз комбинационных составляющих fк, образующихся одновременно в обоих балансных преобразователях частоты, от 180º или от нуля, что и решает поставленную задачу.An additional introduction to the input, output, and local oscillator circuits of the known double balanced frequency converters of the conjugated pairs of phase shifters allows using these phase shifters to compensate for the difference in phase difference of the combination components f to , formed simultaneously in both balanced frequency converters, from 180º or from zero, which solves the problem .
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 приведена электрическая схема преобразователя частоты (аналог).Figure 1 shows the electrical circuit of the frequency converter (analogue).
На фиг.2 приведена электрическая схема балансного преобразователя частоты (аналог).Figure 2 shows the electrical circuit of a balanced frequency converter (analogue).
На фиг.3 приведена электрическая схема двойного балансного преобразователя частоты (аналог).Figure 3 shows the electrical circuit of a double balanced frequency converter (analogue).
На фиг.4 приведена электрическая схема двойного балансного преобразователя частоты сигналов, составленная из схем двух балансных преобразователей частоты сигналов (аналог).Figure 4 shows the electrical circuit of a double balanced signal frequency converter, composed of circuits of two balanced signal frequency converters (analogue).
На фиг.5 приведена структурная схема двойного балансного преобразователя частоты - прототип.Figure 5 shows the structural diagram of a double balanced frequency converter - prototype.
На фиг.6 приведена структурная схема двойного балансного преобразователя частоты по изобретению.Figure 6 shows the structural diagram of a double balanced frequency converter according to the invention.
На фиг.7 приведена конструкция двойного балансного преобразователя частоты сигналов по изобретению.Figure 7 shows the construction of a double balanced signal frequency converter according to the invention.
На фигурах введены обозначения: 1 - входной (сигнальный) тракт; 2 - гетеродинный тракт; 3 - выходной тракт (тракт промежуточной частоты); 4 и 5 - балансные преобразователи частоты сигналов; 6 - фазовая секция на 180º; 7 и 8, 9 и 10, 11 и 12 - сопряженные пары фазовращателей; 13 - задвижка.In the figures, the notation is introduced: 1 - input (signal) path; 2 - heterodyne path; 3 - output path (intermediate frequency path); 4 and 5 - balanced signal frequency converters; 6 - phase section at 180º; 7 and 8, 9 and 10, 11 and 12 - conjugated pairs of phase shifters; 13 - valve.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что двойной балансный преобразователь частоты (фиг.6) содержит: входную (сигнальную) цепь 1, гетеродинную цепь 2, выходную цепь (цепь промежуточной частоты) 3, два балансных преобразователей частоты 4 и 5, фазовую секцию 6 со сдвигом фазы 180º и три пары сопряженных фазовращателей: первую 7 и 8, вторую 9 и 10 и третью 11 и 12.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the double balanced frequency converter (Fig.6) contains: input (signal)
Выход входной цепи 1 соединен с входами первой пары сопряженных фазовращателей 7 и 8, а их выходы соединены с соответствующими сигнальными входами пары балансных преобразователей частоты 4 и 5, гетеродинные входы которых соединены с соответствующими выходами второй сопряженной пары фазовращателей 9 и 10, входы которых соединены с выходом гетеродинной цепи 2. Кроме того, сигнальный выход одного балансного преобразователей частоты 4 соединен с входом одного фазовращателя 11 третьей пары 11 и 12 сопряженных фазовращателей, выходы которых соединены с входом выходной цепи 3, причем выход другого балансного преобразователя частоты 5 соединен с входом фазовой секцию 6 на 180º, выход которой соединен с входом другого фазовращателя третьей пары сопряженных фазовращателей.The output of
В зависимости от способа реализации балансные преобразователи могут быть выполнены в виде сочетания полосковых, микрополосковых и щелевых линий передачи [4] или коаксиальных и волноводных линий передачи [5]. Например, в последнем случае входная цепь 1 и выходная цепь 3 (фиг.6) выполнены в виде коаксиальных линий, а гетеродинная цепь 2 в виде волноводной линии передачи.Depending on the implementation method, balanced converters can be made in the form of a combination of strip, microstrip, and slotted transmission lines [4] or coaxial and waveguide transmission lines [5]. For example, in the latter case, the
Фазовая секция 6 может быть выполнена, например, за счет разности электрических длин отрезков линий передачи, между балансными преобразователями 4 и 5 и сопряженными фазовращателями 11 и 12 в выходной цепи 3 (фиг.6).The
В качестве согласованных фазовращателей могут быть использованы, например, коаксиальные линии передачи с изменяющейся длиной [7]. В таких фазовращателях, состоящих из двух отрезков коаксиальных линий, с помощью цанговых соединений, установленных на внешних и внутренних проводниках, осуществляется перемещение одного отрезка относительно другого без нарушения контакта между внешними и внутренними проводниками. При этом изменяется длина линии передачи, составленных из двух вышеупомянутых отрезков. Поскольку общая электрическая длина раздвижных линий определяется их геометрическими длинами, изменение на одну и ту же величину геометрических длин двух одинаковых фазовращателей приводит к одинаковому изменению их электрических длин. Таким путем достигается сопряжение этих фазовращателей.As coordinated phase shifters, for example, coaxial transmission lines with a variable length can be used [7]. In such phase shifters, consisting of two segments of coaxial lines, using the collet joints mounted on the external and internal conductors, one segment is moved relative to the other without breaking contact between the external and internal conductors. In this case, the length of the transmission line composed of the two above-mentioned segments is changed. Since the total electric length of the sliding lines is determined by their geometric lengths, a change in the same geometric length of two identical phase shifters leads to the same change in their electric lengths. In this way, pairing of these phase shifters is achieved.
Входная цепь 1 двойного балансного преобразователя частоты через сопряженные фазовращатели 7 и 8 соединены с сигнальными входами балансных преобразователей частоты 4 и 5, а гетеродинная цепь 2 через сопряженной пары фазовращателей 9 и 10 соединены с гетеродинными входами балансных преобразователей 4 и 5. Выходная цепь 3 через фазовращатель 11 соединена с выходной цепью балансного преобразователя 4 и через каскадно-включенные фазовращатель 12 и фазовую вставку 6 с выходной цепью балансного преобразователя 5 (фиг.6).The
Двойной балансный преобразователь частоты работает следующим образом. Входные и гетеродинные сигналы fc и fг поступают через цепи 1 и 2 в балансные преобразователи 4 и 5. В результате одновременного воздействия этих сигналов через полупроводниковые диоды протекают токи с комбинационными частотами fк=|mfc±nfг|. Смысл коэффициентов тип был пояснен выше. Фазы токов пар комбинационных составляющих на выходах преобразователей 4 и 5 (изменяющихся с частотой fк) либо одинаковы, либо отличаются на 180º, что определяется разностью фаз входных и гетеродинных сигналов, подводимых к полупроводниковым диодам, и значениями коэффициентов m и n. В зависимости от значений разностей фаз этих токов комбинационные составляющие, образующиеся в балансных преобразователях, складываются либо в выходных 3, либо в сигнальных 1, либо в гетеродинные 2 цепях [3]. Поскольку у полезного выходного сигнала абсолютные значения коэффициентов тип равны единице, токи с нечетными коэффициентами складываются только в выходных цепях.Dual balanced frequency converter operates as follows. The input and heterodyne signals f c and f g pass through
В реальных двойных балансных преобразователях частоты из-за не идентичности электрических параметров полупроводниковых диодов и геометрических размеров диодных камер относительные фазы одних и тех же комбинационных составляющих, образующихся в преобразователях 4 и 5, могут отличаться от нуля или от 180º. Это приводит к неполной компенсации противофазных комбинационных составляющих в точках разветвления цепей 1, 2 и 3, а также неполному сложению в этих же точках синфазных сигналов. В результате этого коэффициенты подавления комбинационные составляющих с частотами |m'fc±n”fг|, |m”fc±n'fг| и |m”fc±n”fг| в соответствующих цепях уменьшаются.In real double balanced frequency converters, due to the non-identical electrical parameters of semiconductor diodes and the geometric dimensions of the diode chambers, the relative phases of the same combination components formed in
С помощью сопряженных фазовращателей скомпенсируют фазовые ошибки, возникающие из-за не идентичности электрических параметров полупроводниковых диодов и геометрических размеров диодных камер, что позволит увеличивать подавление нежелательных комбинационных составляющих. При синхронной перестройке каждого фазовращателя сопряженной пары на одну и туже величину реакция соответствующей цепи на основной сигнал и на комбинационную составляющую будет различной. Например, в цепи входного сигнала 1 такая перестройка не будет оказывать существенное влияние на прохождение входного сигнала, поскольку разность фаз сигналов, поступающих в балансные преобразователи 4 и 5, не будет изменяться при синхронной перестройке фазовращателей. Комбинационные же составляющие с частотами |m'fc±n”fг|, поступают в точку разветвления тракта 1 в противофазе. При перестройке сопряженной пары фазовращателей 7 и 8 фаза коэффициента отражения для этих комбинационных составляющих будет изменяться и, следовательно, будут изменяться сопротивления нагрузок в плоскости полупроводниковых диодов на частотах этих комбинационных составляющих. Таким образом, перестройка фазовращателей будет влиять на согласование полупроводниковых диодов с выходным трактом 3 на частотах этой комбинационной составляющей и, следовательно, на амплитуду этой комбинационной составляющей в выходной цепи. Аналогичные процессы будут иметь место и в остальных трактах. Перестраивая нужную пару сопряженных фазовращателей можно настроить их таким образом, чтобы амплитуда нежелательной комбинационной составляющей была минимальной, что и решает поставленную задачу.Using conjugated phase shifters, phase errors are compensated for due to the non-identical electrical parameters of the semiconductor diodes and the geometric dimensions of the diode chambers, which will increase the suppression of undesirable combination components. With the synchronous adjustment of each phase shifter of the conjugated pair to the same magnitude, the reaction of the corresponding circuit to the main signal and to the combination component will be different. For example, in the
В качестве примера рассмотрим приемное устройство, работающее в диапазоне частот 28,0…40,0 ГГц. Первое преобразование осуществляется в диапазон первых промежуточных частот 4,0…8,0 ГГц. Средняя частота выходного диапазона 6 ГГц. При заданной средней частоте ширина выходного диапазона не может превышать 4,0…8,0 ГГц, т.к. в противном случае в него будет попадать комбинационная частота 2fс-2fг. Поэтому диапазон входных частот разбит на три поддиапазона: 28,0…32,0 ГГц, 32,0…36,0 ГГц и 36,0…40,0 ГГц, каждому из которых при условии fс>fг соответствует своя частота гетеродина соответственно 24,0 ГГц, 28,0 ГГц и 32,0 ГГц.As an example, consider a receiver operating in the frequency range 28.0 ... 40.0 GHz. The first conversion is carried out in the range of the first intermediate frequencies of 4.0 ... 8.0 GHz. The average frequency of the output range is 6 GHz. At a given average frequency, the width of the output range cannot exceed 4.0 ... 8.0 GHz, because otherwise, the combination frequency 2f with -2f g will fall into it. Therefore, the input frequency range is divided into three sub-bands: 28.0 ... 32.0 GHz, 32.0 ... 36.0 GHz and 36.0 ... 40.0 GHz, each of which, provided f s > f g, has its own local oscillator frequency 24.0 GHz, 28.0 GHz and 32.0 GHz respectively.
Используя описанное выше свойство двойных балансных преобразователей частоты число поддиапазонов и, следовательно, число каналов приемного устройства может быть сокращено. Например, число каналов может быть уменьшено до двух 28,0…34,0 ГГц и 34,0…40,0 ГГц, если расширить первый диапазон выходных частот до 4,0…10,0 ГГц. Частоты гетеродинов в этом случае будут равны 24,0 ГГц и 30,0 ГГц.Using the property of double balanced frequency converters described above, the number of subbands and, therefore, the number of channels of the receiving device can be reduced. For example, the number of channels can be reduced to two 28.0 ... 34.0 GHz and 34.0 ... 40.0 GHz, if you expand the first range of output frequencies to 4.0 ... 10.0 GHz. The local oscillator frequencies in this case will be equal to 24.0 GHz and 30.0 GHz.
В этом случае в полосу выходных частот первого поддиапазона (28,0…34,0 ГГц) помимо частоты полезного сигнала fс-fг попадают комбинационные частоты 2fс-2fг, 3fг-2fс и 3fс-4fг, а в полосу выходных частот второго поддиапазона (34,0…40,0 ГГц) попадают комбинационные частоты 2fс-2fг, и 3fс-4fг. Двойной балансный преобразователи частоты по изобретению, выполненный по схеме на фиг.6, с помощью сопряженных пар фазовращателей дополнительно подавляет комбинационные составляющие с указанными выше частотами. Для подавления комбинационной составляющей с частотой 2fс-2fг может быть использована любая сопряженная пара фазовращателей. Для подавления комбинационной составляющей с частотой 3fг-2fс может быть использована либо пара фазовращателей, включенных во входную цепь 1, либо в выходную цепь 3 или одновременно обе пары. Для подавления комбинационной составляющей с частотой 3fс-4fг может быть использована либо пара фазовращателей, включенных в гетеродинную цепь 2, либо в выходную цепь 3 или одновременно в обе пары. Заметим, что амплитуда комбинационной составляющей с частотой 3fс-4fг достаточно мала, т.к. она имеет высокий порядок, равный 7. В большинстве практических случаев дополнительно подавлять эту составляющую не требуется.In this case, in the output frequency band of the first sub-band (28.0 ... 34.0 GHz), in addition to the frequency of the useful signal f s -f g , the combination frequencies 2f s -2f g , 3f g -2f s and 3f s -4f g fall, and in the output frequency band of the second sub-band (34.0 ... 40.0 GHz), the combination frequencies 2f s -2f g , and 3f s -4f g . The double balanced frequency converters according to the invention, made according to the circuit of FIG. 6, additionally suppresses combinational components with the above frequencies using conjugated pairs of phase shifters. To suppress the combinational component with a frequency of 2f s -2f g , any conjugate pair of phase shifters can be used. To suppress the combination component with a frequency of 3f g -2f s , either a pair of phase shifters included in the
Рассмотренный способ дополнительного подавления комбинационных составляющих и гармоник особенно эффективен при «преобразовании вверх», когда в качестве основного используется преобразование с частотой выходного сигнала fс+fг. При таком преобразовании основную помеху работе приемного устройства создают гармоники входного и гетеродинного сигналов, которые в рассмотренных схемах могут быть существенно подавлены. Для реализации этого варианта в схеме на фиг.6, изменим назначение цепей 2 и 3, а именно поменяем местами выходную и гетеродинную цепи. Теперь цепь 2 будет выходной (цепью промежуточной частоты), а цепь 3 гетеродинной. При этом назначение входной цепи 1 не изменяется. Заметим, что цепи 2 волноводные (фиг.6), что также представляет определенные удобства при осуществлении «преобразования вверх».The considered method of additional suppression of combinational components and harmonics is especially effective in the case of up-conversion, when the conversion with the output signal frequency f s + f g is used as the main one. With this transformation, the main obstacle to the operation of the receiving device is the harmonics of the input and local oscillator signals, which can be significantly suppressed in the considered circuits. To implement this option in the circuit of Fig. 6, we change the purpose of
Рассмотрим этот вариант на примере преобразования частот входных сигналов из диапазона 9,0…11,0 ГГц в диапазон частот 17,0…19,0 ГГц при частоте гетеродинного сигнала 8,0 ГГц. В полосу выходных (промежуточных частот) не попадают комбинационные частоты до 7 порядка включительно за исключением второй гармоники входного сигнала 2fс, амплитуда которой может быть уменьшена с помощью сопряженных фазовра-щателей 9 и 10, включенных по схеме фиг.6.Consider this option as an example of converting the frequencies of the input signals from the range of 9.0 ... 11.0 GHz to the frequency range of 17.0 ... 19.0 GHz with a LO frequency of 8.0 GHz. In the output (intermediate frequency) band, combinational frequencies up to 7 orders of magnitude are not included, with the exception of the second harmonic of the input signal 2f s , the amplitude of which can be reduced with the help of
Технический результат изобретения достигается за счет того, что двойной балансный преобразователь частоты для осуществления способа согласно схеме на фиг.6 содержит: два балансных преобразователя частоты 4 и 5, тракты 1,2 и 3, фазовую секцию на 180º 6, пару сопряженных фазовращателя 9 и 10. Устройство должно работать в диапазоне рабочих частот входных сигналов 9,0…11,0 ГГц, которые преобразуются в диапазон выходных частот 17,0…19,0 ГГц. Частота гетеродинного сигнала 8,0 ГГц. Полосы рабочих частот входных и выходных сигналов ограничиваются второй гармоникой входного сигнала 2fc, из-за которой они сужаются в два раза соответственно до 9,0…10,0 ГГц и 17,0…18,0 ГГц.The technical result of the invention is achieved due to the fact that the double balanced frequency converter for implementing the method according to the diagram in Fig.6 contains: two
Конструкция двойного балансного преобразователя частоты, показана на фиг.7. Она аналогична конструкции двойного балансного преобразователя, описанного в патенте [6]. В качестве балансных преобразователей частоты могут быть использованы ортомодные преобразователи, приведенные в патенте [5]. В качестве входной (сигнальной) цепи используется цепь 1, в качестве выходной - цепь 3 и в качестве гетеродинной - цепь 2. Для дополнительного подавления второй гармоники входных сигналов достаточно одной пары сопряженных фазовращателей 9 и 10. Выходная цепь выполнена в виде волноводного тройника Н-типа (см., например, [8]). Фазовая вставка 6 (фиг.6) реализуется за счет разной длины плеч цепи 2.The design of a double balanced frequency converter is shown in Fig.7. It is similar to the design of the double balanced transducer described in the patent [6]. As balanced frequency converters, orthomode converters described in the patent [5] can be used. As input (signal) circuit,
В выходную волноводную цепь 3 двойного балансного преобразователя частоты введена металлическая задвижка 13, высота которой равна высоте узкой стенки волновода. Задвижка является продолжением внутренних узких стенок волноводного тройника. Торец задвижки, находящийся внутри выходного волновода, является точкой суммирования радиосигналов поступающих из балансных преобразователей частоты 4 и 5. Полезные выходные сигналы (сигналы с промежуточными частотами) приходят в точку суммирования с одинаковыми фазами. Поэтому перемещение задвижки 13 не влияет на параметры выходного сигнала после суммирования на выходе 3. Вторые гармоники входного сигнала, образующиеся в преобразователях 4 и 5, поступают в выходные волноводы в противофазе. Поэтому при перемещении задвижки 13 расстояние от точки суммирования до диодов преобразователей 4 и 5 будет изменяться, и соответственно будет изменяться величина сопротивление нагрузки на частоте второй гармоники. Таким образом, может быть подобрано положение задвижки 13 при котором амплитуда второй гармоники входного сигнала в выходном цепи 3 двойного балансного преобразователя частоты будет минимальной.A
Был изготовлен макет двойного балансного преобразователя частоты. Экспериментальное исследование преобразователя подтвердили, что с помощью перемещения задвижки можно увеличивать подавление второй гармоники сигнала на величину, превышающую 70 дБ.A mock double balanced frequency converter was made. An experimental study of the converter confirmed that by moving the gate valve, the second harmonic suppression of the signal can be increased by more than 70 dB.
Технический результат изобретения достигнут: расширен динамический диапазон приемного устройства дополнительно на 50…70 дБ; в требуемой полосе частот сигналов уменьшено число поддиапазонов (каналов) приемного устройства с 3 до 2.The technical result of the invention is achieved: the dynamic range of the receiving device is expanded by an additional 50 ... 70 dB; in the required signal frequency band, the number of subbands (channels) of the receiving device is reduced from 3 to 2.
Отличительные признаками изобретения.Distinctive features of the invention.
В преобразователь введены три пары сопряженных фазовращателей, причем выход входной цепи (1) соединен с входами первой пары сопряженных фазовращателей (7 и 8), а их выходы соединены с соответствующими сигнальными входами пары балансных преобразователей частоты (4 и 5), гетеродинные входы которых соединены с соответствующими выходами второй сопряженной пары фазовращателей (9 и 10), входы которых соединены с выходом гетеродинной цепи (2), кроме того, сигнальный выход одного балансного преобразователей частоты (4) соединены с входом одного фазовращателя (11) третьей пары (11 и 12) сопряженных фазовращателей, выходы которых соединены с входом выходной цепи (3), причем выход фазовой секции (6) на 180º, соединен с входом другого фазовращателя (12) третье пары сопряженных фозовращателей.Three pairs of coupled phase shifters are introduced into the converter, the output of the input circuit (1) connected to the inputs of the first pair of coupled phase shifters (7 and 8), and their outputs connected to the corresponding signal inputs of a pair of balanced frequency converters (4 and 5), the heterodyne inputs of which are connected with the corresponding outputs of the second conjugated pair of phase shifters (9 and 10), the inputs of which are connected to the output of the local oscillator circuit (2), in addition, the signal output of one balanced frequency converter (4) is connected to the input of one phase shifter of the switch (11) of the third pair (11 and 12) of conjugated phase shifters, the outputs of which are connected to the input of the output circuit (3), and the output of the phase section (6) is 180º, connected to the input of another phase shifter (12) of the third pair of conjugated phase shifters.
ЛитератураLiterature
1. Hofmann C., Baron A. Wideband ESM Receiving System, Part II. "Microwave Journal", №2, 1981, pp.57, 58, 60, 61.1. Hofmann C., Baron A. Wideband ESM Receiving System, Part II. "Microwave Journal", No. 2, 1981, pp. 57, 58, 60, 61.
2. Harper T. The trend toward hybridization in modern surveillance receivers. "Communications International", 1981, №9, pp.38, 43, 44, 47.2. Harper T. The trend toward hybridization in modern surveillance receivers. Communications International, 1981, No. 9, pp. 38, 43, 44, 47.
3. М.Е. Мовшович. «Полупроводниковые преобразователи частоты». «Энергия», Ленинградское отделение, 1974, стр.244, 245.3. M.E. Movshovich. "Semiconductor frequency converters." “Energy”, Leningrad Branch, 1974, p. 244, 245.
4. В.Н. Олейников, В.В. Бойков, В.А. Лукьянчук. «Двойной балансный смеситель СВЧ». Техника средств связи. Радиоизмерительная техника. Выпуск 7(32), 1980 г., Москва, стр.56-64.4. V.N. Oleinikov, V.V. Boykov, V.A. Lukyanchuk. "Double balanced microwave mixer." Communication technology. Radio measuring equipment. Issue 7 (32), 1980, Moscow, pp. 56-64.
5. Патент США №3638126.5. US patent No. 3638126.
6. Патент США №3932815.6. US patent No. 3932815.
7. «Линии передачи сантиметровых волн»/Под ред. Г.А. Ремеза. «Советское радио», Москва, 1951 г., т.II, стр.77.7. "Transmission lines of centimeter waves" / Ed. G.A. Remeza. Soviet Radio, Moscow, 1951, vol. II, p. 77.
8. Я.Д. Ширман. «Радиоволноводы и объемные резонаторы». Москва, «Связьиздат», 1959 г., ст.324.8. Ya.D. Shirman. "Radio waveguides and cavity resonators." Moscow, Svyazizdat, 1959, Article 324.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123535/08A RU2490781C1 (en) | 2012-06-06 | 2012-06-06 | Double-balanced frequency converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123535/08A RU2490781C1 (en) | 2012-06-06 | 2012-06-06 | Double-balanced frequency converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2490781C1 true RU2490781C1 (en) | 2013-08-20 |
Family
ID=49163009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012123535/08A RU2490781C1 (en) | 2012-06-06 | 2012-06-06 | Double-balanced frequency converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2490781C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5896421A (en) * | 1996-09-25 | 1999-04-20 | Hughes Electronics Corporation | Use of low pass filter and equalizer for noise reduction in direct up-conversion schemes |
RU2255352C2 (en) * | 2003-07-07 | 2005-06-27 | Кошуринов Евгений Иванович | Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications) |
US7957500B2 (en) * | 2004-03-29 | 2011-06-07 | Nxp B.V. | Fast phase-frequency detector arrangement |
-
2012
- 2012-06-06 RU RU2012123535/08A patent/RU2490781C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5896421A (en) * | 1996-09-25 | 1999-04-20 | Hughes Electronics Corporation | Use of low pass filter and equalizer for noise reduction in direct up-conversion schemes |
RU2255352C2 (en) * | 2003-07-07 | 2005-06-27 | Кошуринов Евгений Иванович | Method and system for radar measurement of object speeds and coordinates (modifications) |
US7957500B2 (en) * | 2004-03-29 | 2011-06-07 | Nxp B.V. | Fast phase-frequency detector arrangement |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Мовшович М.Е. Полупроводниковые преобразователи частоты (Основы теории и расчета). Энергия. Ленинградское отделение, 1974, с.241-245. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107196608B (en) | Novel terahertz frequency band broadband monolithic integration subharmonic mixer | |
US3681697A (en) | Wideband image terminated mixer | |
US9712313B2 (en) | Systems for multi-peak-filter-based analog self-interference cancellation | |
US4662000A (en) | Frequency conversion circuits | |
EP0322612B1 (en) | Microwave image suppression harmonic frequency converter | |
US8208527B2 (en) | Scalable reconfigurable concurrent filter for wide-bandwidth communication | |
US20030098759A1 (en) | Wideband 180 microwave phase switch | |
US2730677A (en) | Ultra-high frequency wave-mode transformers | |
RU2490781C1 (en) | Double-balanced frequency converter | |
Moscoso-Martir et al. | Six-port junction with complete UWB band coverage in multilayer technology | |
US20040101067A1 (en) | Demodulator and receiver using it | |
CN107959479B (en) | Microwave plane 180-degree hybrid network | |
EP3602776B1 (en) | Enhanced linearity mixer | |
Sakai et al. | A 135 GHz CMOS Marchand balun with ground sheilds | |
Kuliabin et al. | A 220-300 GHz vector modulator in 35 nm GaAs mHEMT technology | |
Traii et al. | Design of a six-port junction based on single layer technology for UWB applications | |
US20240146246A1 (en) | Isolator | |
Soni et al. | Continuously tunable 360° quadrature phase shifter in 65-nm CMOS for 5G-NR | |
JP2629404B2 (en) | Mixer | |
US2716219A (en) | Mixer circuit | |
Kim et al. | Filtering Power Divider With Arbitrary Prescribed Phase Difference | |
US6714602B1 (en) | Demodulator and receiver | |
Nguyen et al. | Dual-band CRLH six-port front-end in MIM technology | |
RU2285331C2 (en) | Broadband balanced mixer incorporating provision for mirror-channel phase suppression | |
Jasim et al. | A Full-Duplex Communication Scheme Using Three Antennas and a Modified 180o Hybrid Coupler. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20161216 |